Моделирование конструкции покрытия зального помещения по серии 1.263.2-4

Исходные данные

Требуется запроектировать систему покрытия зального помещения длиной 30 м и шириной 18 м. Принятое решение применить Унифицированные стальные конструкции стальных ферм для покрытий зальных помещений общественных зданий по серии 1.263.2-4 Выпуск 3. Шаг ферм в покрытии 6 м.

Инструкция по расчёту конструкции фермы с оформлением результатов в пояснительную записку дана в видеоуроке

Пояснительная записка

Выбор основной несущей конструкции

Основная несущая конструкция – стальная ферма. Марка фермы подбирается по сортаменту на листе 10, на основании результатов сбора нагрузок от веса покрытия и снега. Расчётный вес квадратного метра сэндвич панели:
1.05*7+21.4*1.3+1.05*5.5=40.95 кг/м²;
Расчётная снеговая нагрузка на 1 м²:
S=S0*Yf=0.15*1.4=0.21 т/м²;
Нагрузка на ферму 0.041+0.21=0.251 т/м²;
Подбираем по сортаменту ферму ГФУ 18.1,2-1,8 с допустимой нагрузкой 0.3 тс/м².

Сортамент ферм

Выбор конструкций связей в покрытии

Конструкции связей в покрытии, пролётом 18 м, замаркированы на листе 3.

Схема расположения ферм пролётом 18м, прогонов и связей

Принимаем сечение распорок «в» крестовые уголки 80х6, крестовых связей «г» - уголок 70х5. Схема вертикальной связи приведена на листе 20:

Схемы вертикальных связей В-1…В-4

Для вертикальной связи В-1 принимаем сечение нижнего пояса «б» крестовые уголки 80х6, раскосов «в» парные уголки 50х5.

В качестве верхнего пояса связи «а», в серии 1.263.2-4, выступают прогоны, сечение которых принимается в соответствии с сортаментом на листе 35

Сортамент прогонов

Расчётная нагрузка на прогон, при ширине грузовой площади 3 м: q=251*3=753 кгс/м, расчётный снеговой покров 210 кгс/м². Принимаем сечение прогона – швеллер 24П по ГОСТ 8240-97.

Важно: принятые поперечные сечения конструкций покрытия, должны быть проверены по первой и второй группам предельных состояний в соответствии с требованиями действующих норм. При невыполнении требований норм, следует увеличить сечение элемента.

Моделирование конструкции покрытия

Моделирование выполняется в ПК САПФИР в следующей последовательности:

генерация фермы;
расстановка ферм на плане;
создание системы связей в покрытии;
построение прогонов и приложение нагрузок;
создание опор и условий примыкания конструкций друг к другу;

Генерация фермы

Геометрические размеры фермы принимаются в соответствии со схемой на листе 2:

Схема фермы ГФУ18

Определим расстояние между осевыми линиями поясов: 1200-33.6-22.3=1144.1 мм, принимаем 1145 мм.

Расстояние от обушка до центра тяжести для верхнего и нижнего поясов

Определив геометрические размеры фермы, создаём её в генераторе ферм:

Диалоговое окно генератора ферм

Опционально подключаем центральную стойку фермы С-1.

Небольшое ограничение генератора ферм в ПК САПФИР: сечение раскосов можно назначить только на все раскосы одновременно, если в ферме предусмотрены раскосы разного сечения, её будет необходимо откорректировать после создания, об этом далее.

После ввода всех геометрических параметров фермы, нажимаем «Подтвердить» в окне генератора ферм, для подтверждения её создания. В модели, ферму следует размесить в соответствии с планом проектируемого помещения. Поскольку сечения раскосов Р-2…Р-6 отличаются друг от друга, ферму следует разбить на отдельные стержни и назначить сечения для каждого индивидуально.

Перед разбивкой фермы, следует создать её резервную копию на случай необходимости откорректировать геометрию.

Для разбивки фермы, следует отметить её и нажать «Разобрать блок» на вкладке «Блоки»

Разбивка фермы и назначение сечений раскосам

Расстановка ферм на плане

Для перекрытия зального помещения длиной 30 м, потребуется 4 фермы с шагом 6 м, которые перекроют собой участок длиной 18 м, оставшиеся 12 м будут перекрыты прогонами, с двух сторон по 6 м, которые одной стороной будут оперты на фермы, второй стороной на стены здания.

Копирование ферм выполняем при помощи команды «Прямоугольный массив»:

Схема расстановки ферм

Команда прямоугольный массив выполняет тиражирование объектов вдоль оси Х и Y на основании количества объектов в ряду и количества самих рядов:

количество и шаг объектов в ряду назначаются по направлению оси Х;
количество рядов и шаг между рядами назначается по направлению оси Y;

И в том, и в другом направлении, количество объектов и рядов задаётся с учётом исходного объекта, в данном случае – количество в ряду 4 шт., это 1 исходный объект и 3 новых.

Создание системы связей в покрытии

Система связей состоит из следующих объектов:

вертикальная связь между фермами;
распорки по нижним поясам ферм;
крестовые связи по верхним поясам ферм;
распорки по верхним поясам ферм;

Ввиду того, что прогоны, в данном конструктивном решении, крепятся в уровне верхних поясов ферм, т. е. верх прогона находится в одном уровне с верхним поясом фермы, то прогоны могут использоваться в качестве распорок.

Для создания вертикальной связи между фермами, применим генератор ферм:

Создание вертикальной связи между фермами

Расстояние между поясами вертикальной связи принимаем таким же, как для фермы покрытия. Поперечные сечения элементов принимаем по сортаменту связей на листе 20.

Важно! Если определить расстояние между поясами вертикальной связи по схеме на листе 20, то получится величина меньшая, чем у фермы покрытия 1200-80-130=990 мм, это расхождение можно не учитывать, для обеспечения соосного примыкания элементов фермы и связи в расчётной модели, однако следует помнить, что в данном проекте, вертикальная связь служит только для обеспечения геометрической неизменяемости конструкции и не предназначена для восприятия горизонтальных нагрузок. В случае, если горизонтальные нагрузки будут предусмотрены, то геометрия связи в расчётной модели должна быть назначена в соответствии с конструктивным решением.

После создания вертикальной связи между фермами, приступаем к моделированию распорок по нижним поясам. Для выполнения данной операции будем использовать команду «Стальная балка»:

Схема конструкций покрытия с расстановкой распорок по нижнему поясу ферм

Крестовые связи в уровне верхнего пояса ферм, также моделируются при помощи команды «Стальная балка». Для возможности моделирования связи с уклоном, следует настроить для балки свободную привязку к основанию.

Схема расстановки крестовых связей в покрытии

Построение прогонов и приложение нагрузок

Для возможности быстрого построения прогонов с одновременным приложением к ним нагрузок в соответствии с шириной грузовых площадей, воспользуемся командой «Балочная система».

Кнопка вызова команды «Балочная система»

Балочная система создаёт ряд балок с заданным шагом по заданному направлению и, при необходимости, под наклоном к горизонту. Чтобы выполнить раскладку прогонов, при помощи данного инструмента, следует откорректировать следующие параметры балочной системы:

Высотная привязка от низа этажа, на котором находится ферма (в данном случае 1-й);
Смещение 1 и 2 уровней по координатам Z верхнего пояса фермы (определение координат приведено далее);
Угол балок 1 – 90 градусов (это позволяет расположить прогоны поперёк линии уклона);
Шаг 2990 мм – расстояние между точками примыкания раскосов к верхнему поясу;
Сечение балок по плоскости контура – позволяет автоматически повернуть сечение балок на тот же самый угол, на который наклонена вся балочная система;

Балки второго направления, в рамках данного примера, не задаём.

Определение отметок для создания уклона балочной системы

В первую очередь, следует правильно расположить балочную систему в плане и задать габариты контура.

Схема расположения балочной системы

Располагать балочную систему следует так, чтобы концы прогонов располагались в тех же координатах, в плане, что и концы раскосов фермы в уровне верхнего пояса. Чтобы совместить оси балок и верхних поясов ферм по высоте, следует назначить смещение первого уровня балочной системы равным координате Z верхнего пояса в уровне карниза.

Назначение смещения первого уровня балочной системы

Положение второго уровня балочной системы должно назначаться в согласовании с габаритами контура. Ширина контура балочной системы определяется шириной грузовой площади прогонов, которые он моделирует. В данном проекте, ширина грузовой площади равна 2.5*шага прогонов 2.5*2990=7475 мм.

Ширина контура балочной системы

Чтобы определить смещение второго уровня, следует найти координату Z середины конькового сегмента верхнего пояса:

Схема к определению смещения второго уровня балочной системы

Смещение второго уровня балочной системы (1325+1415)/2=1370 мм. После настройки смещения уровней, балочная система займёт правильное положение, при котором оси прогонов будут находиться в одном уровне с осью верхнего пояса фермы.

Прогоны в коньке моделируем при помощи инструмента Стальная балка сечением два швеллера стенками вместе, профиль 20П. В связевом блоке, функцию прогона выполняет верхний пояс вертикальной связи.

Прогоны следует смоделировать в каждом блоке между фермами, а также в торцевых блоках:

Система покрытия, общий вид

К созданным прогонам, следует приложить нагрузки от веса кровли и снега. Для приложения нагрузок к прогонам, смоделированных при помощи балочной системы, следует в параметрах указать распределённую нагрузку на контур

Ввод значений нагрузок на контур балочной системы

Инструмент «Балочная система» определяет значение погонной нагрузки на прогон в зависимости от его грузовой площади, так на крайний прогон приходится нагрузка в 2 раза меньшая чем на рядовой. Значения нагрузок приняты нормативными, т.к. при экспорте модели в ЛИРА САПР, будет выполнено умножение значений на коэффициент надёжности по нагрузке.

На прогоны в коньке, распределённая нагрузка прикладывается вручную. Ввиду того, что ширина грузовой площади конькового прогона такая же, как и для рядового прогона, можно принять значение нагрузки из балочной системы.

Приложение постоянной нагрузки на коньковый прогон

Приложение снеговой нагрузки на коньковый прогон

Для будущих вычислений, также следует выполнить настройку списка загружений и таблицы РСН:

Список загружений

Таблица РСН

В таблице РСН предусматриваем два столбца:

РСН1 – для выполнения расчёта по 1 предельному состоянию;

РСН2 – для определения прогиба фермы.

Создание опор и условий примыкания конструкций друг к другу

Поскольку мы рассматриваем систему покрытия отдельно от конструкции здания, следует задать граничные условия для её элементов, которые будут опираться на конструкции здания, таковыми являются фермы и прогоны в торцевых отсеках.

Для моделирования опирания, применим инструмент «Опора»

Вызов команды для моделирования опоры

Опоры устанавливаем на концах ферм и на свободных концах торцевых прогонов. Опоры для ферм принимаем шарнирно-подвижные (связи по Х, Z) и шарнирно неподвижные (связи по X, Y, Z). Для прогонов принимаем опоры шарнирно-подвижные (связи по Y, Z, UY).

Шарнирно-подвижная опора фермы